在供气控制系统中变频技术能够起到哪些作用

一、导言

随着科学技术的飞速发展，与工业生产相关的技术也在飞速发展。一旦出现新的技术和设备，它们将迅速广泛应用于工业生产中。情况就是这样。如今，空气压缩机广泛应用于工业生产中。例如，在金属包装行业，负责为生产线上的所有气动元件（包括各种气动阀）提供气源；因此，其运行直接影响生产线的高效运行。空气压缩机有很多种，但几乎都是加载和卸载控制。

比如某厂活塞式空压机、螺杆式空压机、螺杆式空压机都采用这种控制方式。根据我们多年的运行经验，这种送风控制方式虽然原理简单，易于操作，但存在能耗高、进气阀易损坏、送风压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步，高效低耗的技术越来越受到人们的关注。能否将变频调速技术应用于空压机供气领域，以节约电能，提高空压机性能和供气质量，已成为我们关注的话题。结合生产实际，我们选择了固定螺杆式空气压缩机进行研究。

二、空压机装卸气供气控制方式介绍

在这里，我们将根据固定螺杆式空气压缩机的电气控制原理图，简单介绍一下装卸气源的控制方式。

当我们运行设备时，当按下启动按钮时，sb2和kt1线圈通电，它们的瞬时闭合和延迟断开动触点闭合。当km4和km6线圈通电时，压缩机电机开始Y形启动。此时进气控制阀yv2电动操作，控制气体从小储气罐释放到进气门活塞腔内，关闭进气门，轻载启动压缩机。当kt2到达设定时间(一般5秒后)时，其延时动断触点断开，延时动闭合触点闭合，断电后km6线圈释放，km5线圈通电，空压机电机自动由Y形变为三角形。此时yv2断电，储气罐释放的控制气体被切断，进气阀全开，机组满负荷运行。(注意:进气控制阀yv2仅在启动时工作，而卸载控制阀yv1在启动后工作)。

如果所需气体量低于额定排气量，排气压力将上升。当它超过设定的最小压力值pmin(也称为加载压力)时，压力调节器将动作以将控制气体输送到进气阀。进气阀中的活塞会部分关闭进气阀，减少进气量，使气体供应和消耗达到平衡。当管道压力继续上升超过压力调节开关(sp2)设定的最大压力值pmax(也称为卸载压力)时，压力调节开关跳开，电磁阀yv1断电。这样控制气体直接进入进气阀，完全关闭进气口；同时，排气阀在控制气体的作用下打开，释放分离罐内的压缩空气。当管道压力降至pmin以下时，压力调节开关sp2复位(闭合)，yv1通电。此时，通向入口阀和排气阀的控制气体被切断。这样，所有入口阀再次打开，排气阀关闭，机组满负荷运行。

三、装卸气供气控制方式存在的问题

1.能耗分析

我们知道，加卸载的控制方式使得压缩气体的压力在PMIN和PMAX之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能保证用户正常工作的最低压力。通常，pmax和pmin之间关系可以由下面的公式表示:

pmax=(1+δ)pmin

δ是一个百分比，其值大致在10%-25%之间。

如果变频调速技术能连续调节送风量，管网压力就能一直维持在能满足送风量的工作压力，即pmin附近。

因此，与变频系统控制的空压机相比，装卸气控制方式下的空压机浪费能量主要体现在两个方面:

(1)压缩空气压力超过pmin消耗的能量。

压力达到pmin后，原控制方式决定压力继续上升(直到pmax)。在这个过程中，会有更多的热量释放到外界，造成能量损失。另一方面，高于pmin的气体压力需要在进入气动部件之前通过减压阀降低到接近pmin。这个过程也是一个能量消耗的过程。

(2)卸载过程中不合理的调整方法所消耗的能量。

通常情况下，当压力达到pmax时，空气压缩机可以通过以下方法减压卸载:关闭进气阀使电机空转，通过排空阀排空分离罐内多余的压缩空气。这种调节方法会造成能源的极大浪费。虽然关闭进气阀，让电机空转可以使空压机不需要再压缩气体做功，但空压机在空转时仍然需要驱动螺杆做旋转运动。根据我们的计算，空压机卸载时的能耗约占空压机满负荷运行的10% ~ 15%(这还是在卸载时间占较小比例的情况下)。换句话说，空气压缩机有10%的时间是空闲的，什么都不做。显然，在装卸送风的控制模式下，空压机的电机有很大的节能空间。

2.其他缺点

(1)用机械方法调节进气阀，使供气不能连续调节。当耗风量不断变化时，送风压力必然会有较大波动。用气量的准确度不能满足工艺要求。再加上频繁调整进气门，会加速进气门的磨损，增加维修量和费用。

(2)频繁开关排气阀，排气阀的耐久性无法保证。

四、恒压供气控制方案的设计

由于原有的送风控制方式存在诸多问题，经过对以上内容的对比分析，我们认为应采用变频调速技术进行恒压送风控制。该方案实施后，我们可以把管网的压力作为控制对象。压力变送器将储气罐的压力转换成标准电信号，送至调节器，与设定压力值进行比较。然后根据差值，按照建立的控制方式进行计算，产生控制信号并发送给变频调速器。电机的工作频率和转速由VFD控制，使实际压力始终接近设定压力。

同时，该方案还可以增加工频和变频切换的功能，并且还可以保持原有的控制和保护系统。此外，方案实施后，可以通过变频器启动空压机电机从静止到旋转的控制，不仅可以实现设备的软启动，还可以有效避免启动冲击电流和启动时给空压机带来的机械冲击。